2.4 固体 学案-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

2.4 固体 学案 2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册 学号： 班级： 姓名： 【学习目标】 1. 知道晶体和非晶体的特点及区分方法． 2. 知道单晶体和多晶体的区别． 3. 了解晶体的微观结构． 【活动方案】 1. 观察以下两组图片，说出它们外形上的区别． 甲 乙 2. 雪花还有其他类似的如图所示的各种形状，为什么雪花会具有这些形状呢？ 3. 归纳晶体和非晶体的外形特征． (1)晶体：具有________的几何形状．几种常见晶体的规则外形：食盐的晶体呈________；明矾的晶体呈________；石英的晶体中间是一个________；两端呈________；雪花是水蒸气在空气中凝华时形成的晶体，一般为________________________． (2)非晶体：________的几何形状，常见的非晶体有：玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等． 4. 我们初中已学过，晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点．下面对比研究晶体和非晶体导热性能．取云母片(晶体)和玻璃片(非晶体)，分别在它们一面均匀涂上一薄层石蜡．用电烙铁在未涂蜡的一面加热，一段时间后，能看到石蜡慢慢地熔化，如图所示．注意观察石蜡在两种薄片上熔化时呈现的形状，石蜡熔化区域形状的不同说明了什么？ 5. 探究晶体和非晶体对光的折射性质． 取方解石块和玻璃砖，分别在它们底面放一根红细线，转动它们，从正上方观察，你看到了什么现象？说明了什么？ 说明：通常所说的物理性质包括弹性、硬度、导热性能、导电性能、光的折射性能等．晶体具有各向异性，并不是每种晶体在各种物理性质上都表现出各向异性．云母在导热性上表现出显著的各向异性，而有些晶体在导电性上表现出显著的各向异性，如方铝矿，有些晶体在光的折射上表现出显著的各向异性，如方解石． 如果一个物体就是一个完整的晶体，这样的晶体叫作单晶体．例如：雪花、食盐小颗粒、单晶硅、单晶锗等．如果整个物体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体组成的，这样的物体叫作多晶体．其中的小晶体叫作晶粒．多晶体没有规则的几何形状． 1. 完成下表(在空格中填“√”或“×”)： 分类 天然规则外形 物理性质 各向异性 各向同性 固定熔点 非晶体 晶体 单晶体 多晶体 2. 常见的金属是一种多晶体．关于常见的金属，下列说法正确的是(　　) A. 具有规则的天然形状 B. 具有各向异性 C. 具有固定的熔点 D. 内部分子的排列无规则 3. 如图所示，一块密度、厚度均匀的长方体被测样品，长AB为宽CD的2倍，若用多用电表沿两对称轴测其电阻，所得阻值均为R，则这块样品是(　　) A. 金属　　 B. 多晶体 C. 单晶体　　 D. 非晶体 阅读教材“晶体的微观结构”部分，回答下列问题： 1. 为什么晶体的形状和物理性质会与非晶体不同？ 2. (1)以食盐晶体为例，说明晶体外形的规则性可以用物质微粒的规则排列来解释． (2)如图表示在一个平面上晶体物质微粒的排列情况．说明晶体的各向异性也是由晶体的内部结构决定的． (3)试用对比的方法从微观角度对非晶体的特征进行解释． 3. 如图甲、乙所示，石墨和金刚石都是由碳原子构成的，但它们在硬度上差别很大，这说明什么问题？ 甲 乙 4. 思考：天然水晶是晶体，而熔化以后再凝固的水晶则是非晶体，这说明了什么？ 【检测反馈】 1. 下列说法中正确的是(　　) A. 玻璃是晶体 B. 食盐是非晶体 C. 金属是多晶体 D. 石英是非晶体 2. 甲、乙、丙三种固体薄片涂上蜡，由烧热的针接触其上一点，蜡熔化的范围如图a、b、c所示，而甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图d所示，下列说法正确的是(　　) A. 甲、乙、丙都是晶体　　 B. 甲、乙为非晶体，丙是晶体 C. 甲、丙为非晶体，乙是晶体　　 D. 甲、丙为晶体，乙为非晶体 3. 石墨和金刚石，性质有很大差异，是由于(　　) A. 石墨是各向异性的，而金刚石是各向同性的 B. 它们的化学成分不同 C. 它们都是各向同性的 D. 组成它们的物质微粒按不同的规则排列 4. 下列叙述中正确的是(　　) A. 晶体的各向异性是由于它的微粒按空间点阵结构排列 B. 单晶体具有规则的几何外形且各向同性 C. 非晶体有规则的几何形状和确定的熔点 D. 石墨的硬度比金刚石差得多，是由于它的微粒没有按空间点阵分布 5. 小华为了检验一块薄片是否为晶体，他以薄片中央O点为圆心，画出一个圆，A、B为圆上两点，将一个针状热源放在O点，如图所示，下列说法正确的是(　　) A. 若A、B两点的温度变化不同，薄片一定为晶体 B. 若A、B两点的温度变化不同，薄片一定为非晶体 C. 若A、B两点的温度变化相同，薄片一定为晶体 D. 若A、B两点的温度变化相同，薄片一定为非晶体 6. 江苏省东海县是世界天然水晶原料集散地，有着“世界水晶之都”的美誉．天然的水晶具有规则的几何外形，如图所示．关于天然水晶，下列说法正确的是(　　) A. 具有规则的几何外形，但是没有固定的熔点 B. 微观粒子的空间排列不规则 C. 在熔化过程中分子平均动能不变 D. 在光学性质上表现为各向同性 7. 关于自然界中的雪花，下列说法正确的是(　　) A. 雪花是水蒸气在空气中凝华形成的晶体 B. 雪花沿各个方向的物理性质都相同 C. 雪花熔化成水的过程中分子平均动能增大 D. 因为自然界中雪花的形状超过2万种，所以雪花是非晶体 8. 石墨烯是从石墨中分离出的新材料，其中碳原子紧密结合成单层六边形晶格结构，如图所示，则(　　) A. 石墨是非晶体 B. 石墨研磨成的细粉末就是石墨烯 C. 单层石墨烯的厚度约3 μm D. 碳原子在六边形顶点附近不停地振动 9. 食盐晶体由钠离子和氯离子组成，如果用圆球来表示离子，食盐晶体的结构可以用图甲表示．图乙是食盐中钠离子和氯离子空间分布的示意图，这个图把相邻离子的中心用线连接起来，组成了一个个大小相等的立方体．现在要估算相邻两个钠离子中心的距离，除了知道食盐的密度ρ＝2.17×103 kg/m3外，还要知道哪些数据？请用字母表示这些已知的数据，推导出相邻两个钠离子中心距离的表达式． 甲 乙 10. 内陆盐矿中开采的氯化钠称为岩盐，岩盐的颗粒很大，我们能清楚地看出它的立方体形状．把大颗粒的岩盐敲碎后，小颗粒的岩盐仍然呈立方体形状．下图表示了岩盐晶体的平面结构：空心点为氯离子，实心点为钠离子，如果把它们用直线连起来，将构成一系列大小相同的正方形．作分界线AA1，使它平行于正方体的对角线；作分界线BB1，使它平行于正方形的一边．在两线的左侧各取一个钠离子M和N，为了比较这两个钠离子所受分界线另一侧的离子对它作用力的大小，分别以M、N为圆心，作两个相同的扇形，不考虑扇形以外远处离子的作用． (1)如果F表示两个相邻离子之间引力的大小，问：M、N所受扇形范围内的正负离子对它作用力的合力是F的多少倍？为使问题简化，设所有离子都是质点，而且它们之间的相互作用遵从“平方反比”规律． (2)根据计算结果解释：为什么敲碎的岩盐总是呈立方形状，而不会沿图中AA1分界线断开？ 提示：实际晶体中的作用力要复杂得多，但这里的分析对理解自然现象还是有用的． 【参考答案】 【活动方案】 活动一： 1. 图甲中各物体的外形规则，图乙中物体的外形不规则． 2. 雪花大都是六角形的，这是因为雪花属于六方晶系．雪花“胚胎”的小冰晶，主要有两种形状：一种是六棱体状，长而细，叫柱晶；另一种则是六角形的薄片状，叫片晶． 3. (1)规则　立方体形　八面体形　六棱柱 六棱锥　六角形的规则图案　(2)没有规则 4. 熔化了的石蜡在玻璃片上呈圆形，而在云母片上呈椭圆形．云母晶体在各个方向上的导热性能不同，而非晶体玻璃在各个方向上的导热性能相同． 5. 方解石有双折射现象，方解石沿不同方向光学性质不同；玻璃沿不同方向光学性质相同． 活动二： 1. × × √ × √ √ × √ × × √ √ 2. C　单晶体具有规则的几何形状，而多晶体和非晶体没有规则的天然形状，故A错误；非晶体和多晶体的物理性质都表现为各向同性，故B错误；无论是单晶体还是多晶体都具有固定的熔点，故C正确；无论是单晶体还是多晶体，晶体内部的分子均按一定的规律排布，即具有一定的规律性，故D错误． 3. C　AB和CD方向的电阻相等，由电阻定律可知，AB和CD方向的电阻率就一定不相等，可见，被测样品的导电性能呈各向异性，该样品必是单晶体，所以C正确． 活动三： 1. 它们的微观结构不同．组成晶体的物质微粒(分子、原子或离子)依照一定的规律在空间中整齐地排列，晶体中物质微粒的相互作用很强，微粒的热运动不足以克服它们的相互作用而远离．微粒的热运动表现为在一定的平衡位置附近不停地做微小的振动． 2. (1)食盐的晶体是由钠离子Na＋和氯离子Cl－组成的，它们等距离、交错地排列在三组相互垂直的平行线上，因而食盐晶体具有正立方体的外形． (2)从图上可以看出，在沿不同方向所画的等长直线AB、AC、AD上，物质微粒的数目不同．直线AB上物质微粒较多，直线AD上较少，直线AC上更少．正因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同，才引起晶体在不同方向上物理性质的不同． (3)在非晶体内部，物质微粒的排列是杂乱无章的，从统计的观点来看，在微粒非常多的情况下，沿不同方向的等长直线上，微粒的个数大致相等，也就是说，非晶体在不同方向上的微粒排列及物质结构情况基本相同，所以非晶体在物理性质上表现为各向同性． 3. 金刚石是网状结构，原子间的作用力强，所以金刚石的硬度大．石墨是层状结构，原子间的作用力弱，所以石墨的硬度小．这说明组成物质的微粒按照不同的规则在空间分布，会形成不同的晶体． 4. 有些晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化．许多非晶体在一定的条件下可以转化为晶体． 【检测反馈】 1. C 2. D　由图a、b、c可知，甲、乙各向同性，丙各向异性；由图d可知，甲、丙有固定熔点，乙无固定熔点．所以甲、丙为晶体，乙为非晶体，其中甲为多晶体，丙为单晶体．故D正确． 3. D　物质的性质由物质微粒的微观结构决定，故D正确． 4. A　5. A 6. C　水晶是单晶体，具有规则的几何外形，有固定的熔点，A错误；水晶的微观粒子的空间排列规则，B错误；水晶有固定的熔点，在熔化过程中温度不变，分子平均动能不变，C正确；水晶在光学性质上表现为各向异性，D错误. 7. A　雪花是水蒸气在空气中凝华形成的晶体，故A正确；雪花是单晶体，沿各个方向的物理性质不同，故B错误；雪花熔化成水的过程中温度不变，分子平均动能不变，故C错误；雪花有固定的熔点，是晶体，故D错误． 8. D　石墨是晶体，故A错误；石墨烯是石墨中提取出来的新材料，故B错误；单层石墨烯厚度约为原子尺寸10-10 m，故C错误；根据分子动理论可知，固体分子在平衡点不停地振动，故D正确． 9. 食盐晶体结构是正立方体，由食盐晶体的结构示意图可以看出正立方体趋于很多时，正立方体个数等于其离子数，相邻钠离子中心距离为晶格正方体对角线的长．还需要知道食盐的摩尔质量M. 1 mol食盐中分别有1 mol 的氯离子和1 mol的钠离子，设阿伏加德罗常数为NA，则离子总数为2NA，由密度的概念，食盐的摩尔体积V＝，每个立方体的体积V0＝，所以立方体的棱长l＝，相邻两个钠离子中心距离d＝l＝＝. 10. (1)设每个正方形的边长为a，相距r的两个离子作用为 ，则相邻离子之间引力F＝； M受力FM＝2××cos 45°－＝0.91； N受力FN＝－2××cos 45°＝0.29. (2)由于FM>FN，所以在岩盐受到敲击时，在平行于正方形的方向上容易断裂． 学科网（北京）股份有限公司 $